摘 要

本文在给定工况条件下进行了Lapple型旋风除尘器的设计，并借助计算流体力学软件FLUENT对该旋风除尘器进行了建模以及内部流场的仿真计算，对计算结果进行了分析和可视化处理。分析了影响除尘效率和压力损失的因素，所得结果对于旋风除尘器内气固流场的研究和提高除尘效率、降低压力损失具有重要的指导意义。

论文主要研究了旋风除尘器内部的流场，包括压力场、速度场以及粉尘颗粒的运动情况。

研究结果表明：旋风除尘器内部气固流场较为复杂，且存在诸如涡流、回尘等影响分离效率和压降的现象。

本文的特色：利用计算流体学软件进行除尘器内部流场的仿真分析，免去了进行常规实验的设备制作、安装等繁杂的环节，极大地节省了时间和实验成本。

关键词：旋风除尘器；粉尘颗粒；计算流体力学CFD；数值模拟

Abstract

In this paper, the design of Lapple cyclone was carried out under given working conditions, and the computational fluid dynamics software FLUENT was used to model the cyclone and simulate the internal flow field, and the results are analyzed and visualized. Then the factors affecting dust removal efficiency and pressure loss are analyzed. The results have important guiding significance for the study of gas-solid flow field in cyclone dust collector, the improvement of dust removal efficiency and the reduction of pressure loss.

This paper mainly studies the flow field inside the cyclone dust collector, including the pressure field, velocity field and the movement of dust particles.

The results show that the gas-solid flow field inside the cyclone is relatively complex, and some phenomena such as eddy current and dust return affect the separation efficiency and pressure drop. The features of this paper are as follows: the computational fluid software is used to simulate and analyze the internal flow field of the precipitator, which eliminates the complicated process of making and installing equipment for routine experiments and greatly saves the time and cost of experiments.

Key Words：cyclone separator；dust particle；Computational Fluid Dynamics；numerical simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 旋风除尘器概述 1

1.1.1旋风除尘器的基本结构和工作原理 1

1.1.2旋风除尘器主要性能指标 2

1.2国内外旋风除尘器研究现状 3

1.3本文研究的基本内容、目的及技术方案 4

第2章 CFD软件及计算模型简介 6

2.1 CFD简介 6

2.2计算模型简介 6

2.2.1单方程（Spalart-Allmaras）模型 6

2.2.2双方程（k-e）模型 6

2.2.3 雷诺（Reynolds）应力方程模型（RSM） 7

2.2.4离散相（颗粒）模型（Rosin-Rammler分布） 7

第3章 旋风除尘器设计 8

3.1工况条件以及粉尘颗粒分布情况 8

3.1.1设定工况 8

3.1.2粉尘颗粒组成及分布 8

3.2设计过程 8

3.2.1设计方法选择与旋风除尘器选型 8

3.2.2基本参数确定 9

第4章 旋风除尘器内流场数值模拟 11

4.1模型建立与网格划分 11

4.1.1旋风除尘器数值计算模型的建立 11

4.1.2网格划分 11

4.2边界条件确定 14

4.2.1入口边界 14

4.2.2出口边界 14

4.2.3壁面边界设置 14

4.3计算以及数值模拟结果分析 14

4.3.1压力场分析 15

4.3.2速度场分析 16

4.3.2.1总体速度分布分析 16

4.3.2.2切向速度分布 18

4.3.2.3轴向速度分布 19

4.3.2.4径向速度分布 20

4.3.2.5涡流 21

4.3.3颗粒轨迹 23

4.4提高除尘效率的一些探究 24

第5章 总结与展望 27

参考文献 28

附 录 29

致 谢 30

第1章 绪论

旋风除尘器概述

旋风除尘器，也称旋风分离器，是众多除尘装置中的一种，其工作机理是借助气体旋转时产生的离心力将尘粒从气流中分离出来，被捕集于器壁，并在重力作用下沉积，最终落入灰斗中。旋风除尘器结构简单，制造成本低，便于安装和维护管理，适用于粒径较大（5~10μm以上）的粉尘颗粒的分离，在一级除尘中应用广泛，是非常常见的一种除尘设备，并且其是机械式除尘器中效率最高的一种。

1.1.1旋风除尘器的基本结构和工作原理

一般旋风除尘器的结构见图1.1，主要由进气管、圆筒体、锥体、排气管以及灰斗组成，也有一些除尘器为了提高除尘效率略微改变了结构或加入了其他装置结构，但大体结构与工作原理都基本相同。

图1.1 旋风除尘器基本结构图

当包含粉尘颗粒的气流以一定的速度从进气管进入除尘器后，受筒体器壁的约束，开始螺旋向下流动，流动数圈后到达锥体底部，这个下旋气流叫外旋流。外旋流到达锥体底部后转而向上做半径较小的旋转流动，这部分气流叫内旋流。气流的强烈旋转，使得包含在其中的尘粒受到离心力影响而向壁面运动，接触壁面后在重力作用下落入排灰管，最后进入灰斗中被收集起来，从而达到除尘的目的。

1.1.2旋风除尘器主要性能指标